DE1274686B - Radarantenne in Form einer Rechteckhohlleiter-Schlitzantenne fuer ein Drehfluegelflugzeug - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIs

HOIq
Deutsche KL: 21 a4-48/02

Nummer: . 1274 686

Aktenzeichen: P 12 74 686.0-35 (B 83761)

Anmeldetag: 16. September 1965

Auslegetag: 8. August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radarantenne in Form einer Rechteckhohlleiter-Schlitzantenne für ein Drehflügelflugzeug. Unter Drehflügelflugzeugen versteht man insbesondere Hubschrauber oder Autogyros.

Der Flug mit Drehflügelflugzeugen erfordert ebenso wie der Flug mit Starrflügelflugzeugen den Einsatz von Radar. Radar benötigt man zum Ermitteln der Bodenbeschaffenheit, zum Ermitteln von möglichen Hindernissen, wie anderen Flugzeugen, Bauwerken, Bergen usw.

Radargeräte mit einer anzustrebenden möglichst hohen Auflösung erfordern lange Antennen, da nur diese einen schmalen, stark gebündelten Strahl abstrahlen können. Die Anordnung von langen Antennen auf den Rumpf eines Drehflügelflugzeuges stößt aber auf natürliche Hindernisse. Abgesehen davon, daß der Rumpf eines Drehflügelflugzeuges nicht so lang wie der Rumpf eines Starrflügelflugzeuges ist, so daß die Antenne bei Montage auf dem Rumpf des Drehflügelflugzeuges mit ihren Enden überstehen würde, erhöht die Antenne den Luftwiderstand und ist äußeren Beschädigungen und Einflüssen ausgesetzt.

Bei Starrflügelflugzeugen ist es bekannt, Rechteckhohlleiter-Schlitzantennen in den Tragflächen anzuordnen. Im allgemeinen montiert man sie innerhalb des Tragflächenprofils in Ausnehmungen an der Flügelvorderkante.

Eine entsprechende Montage der Antenne in den Stummelflügeln von Drehflügelflugzeugen scheidet aus, da diese zu kurz sind, um eine Antenne brauchbarer Länge unterbringen zu können.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für Drehflügelflugzeuge eine Radarantenne zu schaffen, die einerseits eine ausreichende Länge hat, um den elektromagnetischen Anforderungen der Radartechnik zu genügen, und die andererseits, ohne den Luftwiderstand des Drehflügelflugzeuges zu erhöhen, auch geschützt angeordnet ist, so daß sie vor Beschädigungen bewahrt bleibt.

Eine solche Radarantenne in Form einer Rechteckhohlleiter-Schlitzantenne ist gemäß der Erfindung eine Radarantenne, die in einer in der Längsachse des Drehflügels verlaufenden Ausnehmung angeordnet ist.

Damit lassen sich auch für ein Drehflügelflugzeug überraschenderweise die bekannten Vorteile einer langen Radarantenne ausnutzen, ohne daß hierdurch das Flugverhalten des Drehflügelflugzeuges gestört oder die Festigkeit oder Sicherheit der mechanischen Anordnung der Radarantenne in irgendeiner Weise gefährdet ist.

Radarantenne in Form einer
Rechteckhohlleiter-Schlitzantenne für ein
Drehflügelflugzeug

Anmelder:

Bell Aerospace Corporation,

Wheatfield, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Berkenfeld

und Dipl.-Ing. H. Berkenfeld, Patentanwälte,

5000 Köln, Universitätsstr. 31

Als Erfinder benannt:

Hubert W. Upton, Arlington, Tex. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 17. September 1964
(397 090)

Der Anordnung einer Radarantenne in dem Drehflügel eines Drehflügelflugzeuges hatte die Fachwelt starke Bedenken entgegengesetzt. Da sich die Antenne mit der verhältnismäßig hohen Drehzahl des Rotors des Drehflügelflugzeuges dreht, befürchtete man, daß die Zeit, die ein Radarstrahl auf einem Objekt verweilen kann, für eine brauchbare Anzeige zu kurz wäre. Diese Bedenken haben sich aber als grundlos herausgestellt. Es ist lediglich erforderlich, die Anzeige über einige Umdrehungen des Rotors zu integrieren. Da jede Umdrehung etwa 0,2 Sekunden dauert und die Nachleuchtzeit des Bildschirmes höher liegt, ergeben sich keine Schwierigkeiten.

Weitere Schwierigkeiten befürchtete man dadurch, daß sich die Drehflügel durchbiegen und die Antenne diese Durchbiegung mitmacht. Da Drehflügelflugzeuge in verhältnismäßig niedrigen Höhen fliegen und die von dem Radar zu überbrückende Entfernung gering ist, sind die durch Antennendurchbiegung entstehenden Fehler vernachlässigbar klein.

Die erfindungsgemäße, sich mit dem Drehflügel drehende Antenne hat sogar noch den Vorteil, daß sie ohne besondere Vorkehrungen eine Rundumsichtantenne mit einem Bildwinkel von 360° ist. Ein besonderer Drehantrieb für die Antenne ist nicht nötig.

Ein anderer Vorteil liegt darin, daß schwache Signale wegen der durch die Drehung möglichen

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Integration über mehrere Drehungen sichtbar ge- Bei dem in den F i g. 1 und 2 gezeigten Drehflügel

macht werden können. ist eine Schlitzantenne 10 in der Nähe der Hinter-

Die Erfindung sieht mehrere Ausführungsformen kante des Drehflügels 12 angeordnet. Dieser weist für die Radarantenne vor. eine Vorderkante 13, ein mittleres Teil 14 und eine

In einer Ausführungsform ist die Schlitzantenne 5 Hinterkante 15 auf. In F i g. 1 sind nur die Enden der an der Rückseite des Drehflügels angeordnet, und der Schlitzantenne 10 sichtbar. Eine vollständige Schlitz-Schlitz ist nach hinten gerichtet. antenne 10 ist neben dem Drehflügel 12 dargestellt. In einer anderen Ausführungsform ist die Schlitz- Es handelt sich um einen mit 60 Schlitzen versehenen antenne an der Vorderkante des Drehflügels ange- Rechteckhohlleiter.

ordnet und der Schlitz nach vorn offen. io Auf dem größeren Teil seiner Oberfläche ist der

Bei beiden Ausführungsformen kann vorgesehen Drehflügel von einer Haut 18 aus Aluminium- oder werden, daß die Schlitzantenne an einer Stelle des Stahlblech überzogen, das für elektromagnetische Drehflügels angeordnet ist, deren lichte Höhe der Strahlung undurchlässig ist und das die Antenne Höhe der Schlitzantenne entspricht, und der vor dem gewöhnlich unwirksam machen würde. Der Dreh-Schlitz liegende Raum mit einem strahlungsdurch- 15 flügel 12 muß daher im Bereich der Schlitzantenne lässigen Material gefüllt und mit einer strahlungs- 10 für elektromagnetische Strahlung durchlässig gedurchlässigen Haut überzogen ist, macht werden. An der Hinterkante 15 ist daher an Als zweckmäßig sieht die Erfindung vor, daß an Stelle der Metallhaut eine Haut 20 aus Glasfaserder Hinterkante des Drehflügels ein gegen den material vorgesehen. Bei der dargestellten Ausfüh-Schlitz gerichteter und die Strahlung ablenkender 20 rungsform liegt die Schlitzantenne 10 an dem hinteren Metallkeil angeordnet ist, der vorzugsweise einen Holm 22 an. Eine Kunststoff-Füllmasse 24, wie z. B. Winkel von etwa 30° einschließt. Polyurethanschaum, füllt den keilförmigen Raum Gemäß der Erfindung weist die Schlitzantenne zwischen der Schlitzantenne 10 und der Spitze der zweckmäßigerweise eine Vielzahl nebeneinander- Hinterkante 15. Da die Kunststoff-Füllmasse 24 und liegender Schlitze auf, und das in Strahlungsrichtung 25 die Haut 20 der Hinterkante 15 nicht die erfordervor den Schlitzen liegende Material weist an den liehe Festigkeit verleihen, ist ein kleiner Metallkeil 26 gleichen Stellen wieder Schlitze auf. eingesetzt. Wenn der Metallkeil 26 entsprechend bein einer dritten Ausführungsform ist die Schlitz- messen und im richtigen Abstand von der Schlitzantenne nicht an der Vorder- oder Hinterkante des antenne 10 angeordnet ist, stört er die Übertragung Drehflügels angeordnet, sondern ungefähr in dessen 30 oder den Empfang von Wellen nicht wesentlich. Mitte sowohl unter dessen Oberseite wie auch dessen Der Drehflügel 12 kann so ausgebildet und kon-Unterkante, wobei die Schlitze nach außen gerichtet struiert werden, beispielsweise durch Erhöhung der und die Schlitzantennen mit einer strahlungsdurch- Steifigkeit des hinteren Holmes 22, daß der Metalllässigen Haut überzogen sind. keil 26 aus Festigkeitsgründen nicht erforderlich ist. Zum Abschluß der Schlitzantennen an die im 35 Durch die gewählte Form des Metallkeils 26 wird Drehflügelflugzeug untergebrachten Radargeräte sieht dessen Einfluß auf die Wirkungsweise der Antenne die Erfindung einen in der Drehachse der Drehflügel dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt, daß eine angeordneten und zum Sender und Empfänger füh- nach innen gerichtete dünne, messerartige Kante des renden Wellenleiter und eine auf der Drehachse an- Keils 26 der Strahlung ermöglicht, an seinen beiden geordnete drehbare Kupplung vor, die den Wellen- 40 Seiten vorbeizugehen und hinter dem Drehflügel leiter mit in die Drehflügel führenden Wellenleitern wieder eine gleichmäßige Wellenform zu bilden, verbindet. Andererseits würde ein stumpfer Keil eine Ablenkung

Hierzu sieht die Erfindung weiter vor, daß zwi- und demnach eine Unterbrechung oder Trennung sehen der auf der Drehachse sitzenden Kupplung der ausgestrahlten Welle bewirken. Es wurde ge- und den Wellenleitern an den Innenenden der Dreh- 45 funden, daß ein Winkel α von 30° einen zufriedenflügel weitere drehbare Kupplungen angeordnet sind. stellenden Kompromiß zwischen den für den Keil 26 Die Drehflügel können dann Kipp- und Schwing- erforderlichen Abmessungen und einem Mindestmaß bewegungen um mehrere Achsen ausführen, ohne der Störung beim Betrieb der Schlitzantenne 10 daß die Verbindung der verschiedenen Wellenleiter ergibt,
dadurch beeinträchtigt wird. go Die Schlitzantenne 10 kann aus einem geschlitzten

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Aus- Aluminium-Wellenleiter hergestellt werden, der eine führungsformen wird die Erfindung nun weiter er- Wandstärke von 0,25 mm und einen Querschnitt von läutert. In der Zeichnung ist 15 · 7,5 mm aufweist. Die genaue Form des für die

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines Ab- Schlitzantenne 10 verwendeten Wellenleiters wird schnittes eines Drehflügels, an dessen Hinterkante 55 jedoch durch die Anwendung und die Radaranlage die Radarantenne angeordnet ist, bestimmt, für weiche sie bestimmt ist.

F i g. 2 die Hinterkante des Drehflügels im Quer- Die Schlitzantenne 10 erstreckt sich in der Längsschnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1, richtung des Drehflügels 12, und ihre Länge wird nur

F i g. 3 ein Schnitt durch die Vorderkante eines durch dessen Länge begrenzt. Eine Antennenlänge Drehflügels mit einer in dieser angeordneten Radar- 60 von 4,3 mm liefert eine Strahlbreite von ungefähr antenne, 0,33°, die einen hohen Grad des Auflösungsver-

F i g. 4 ein Schnitt durch einen Drehflügel mit einer mögens ergibt. Da die derzeit in Betrieb befindlichen in seinem mittleren Teil angeordneten Radarantenne, Hubschrauber Rotorflügel mit verschiedenen Längen

F i g. 5 eine Darstellung des Rotorkopfes mit den von ungefähr 4,8 bis 21,6 m aufweisen, ergibt sich, Antennenzuleitungen, 65 daß gemäß der Erfindung eine Radarantenne mit

F i g. 6 ein Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 5, scharfer Auflösung erhalten werden kann.

F i g. 7 eine Darstellung entsprechend F i g. 5 einer Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform

zweiten Ausführungsform. ist in eine Ausnehmung im vorderen Holm 32 des

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Drehflügels 34 eine Schlitzantenne 30 eingebettet. Gemäß F i g. 5 verbindet ein biegsamer Wellen-Eine Kunststoff-Füllmasse 38, die für elektromagne- leiter 56 den Wellenleiter 52 mit der (nicht dargetische Strahlung durchlässig ist, füllt den Raum vor stellten) Antenne im Rotorflügel 51. Der biegsame

der Schlitzantenne 30 aus und läßt nur die Schlitze Wellenleiter 56 ist mit dem Wellenleiter 52 im Schaft

31 der Schlitzantenne 30 frei. Vor das Ganze ist eine 5 54 durch eine drehbare Kupplung 58 verbunden. Die

strahlungsdurchlässige Haut 36 gespannt. Kupplung 58 ermöglicht zusammen mit der Biegsam-

Die Haut 36 besteht aus einem Material, wie z. B. keit des Wellenleiters 56 Veränderungen der Stellung

Esthan, das vor Erosion schützt. Dieses schützt nicht zwischen dem Drehflügel 51 und dem mittleren

nur die Vorderkante vor den Wirkungen von Staub Wellenleiter 52. Das (nicht dargestellte) untere Ende

und Regen, sondern bewahrt auch die Antennen- io des mittleren Wellenleiters 52 ist relativ zum Rumpf

schlitze 31 vor Erosion. Eine Draufsicht auf die ortsfest angeordnet, so daß sich der Schaft 54 um den

Vorderkante des Drehflügels 34 zeigt ein der Schlitz- Wellenleiter 52 dreht. Der Schaft 54 dreht sich um

antenne 10 identisches Schlitzmuster, d. h., die durch den Wellenleiter 52.

die Vorderkante hindurchgehenden Schlitze haben Auf vom Schaft 54 abstehenden Drehzapfen 61 ist

die gleiche Größe und Lage wie die Schlitze in der 15 ein Joch 60 schwenkbar angeordnet. Das Joch 60 ist

Schlitzantenne 10. mit zwei Fortsätzen versehen, welche in Lager 62 ein-

Bei der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform sind greifen. Die Lager 62 sind ihrerseits durch Bolzen 63 Schlitzantennen 40 auf der Ober- und Unterseite des mit den Drehflügeln 50, 51 verbunden. Streben 64 Drehflügels 42 angeordnet. Die Metallhaut 43 auf verhindern eine Drehung der Drehflügel 50, 51 um dem größeren Teil des Drehflügels 42 wird angren- 20 die Hauptachse des Bolzens 63. Mittels der am Auszend an die Schlitzantennen 40 durch eine Glasfaser- leger 65 angreifenden Steuerungen kann der Steigewebehaut 44 ersetzt. Die Schlitzantenne 40 besteht gungswinkel der Drehflügel 50, 51 vom Piloten gelängs jeder Seite des Drehflügels 42 aus zwei Wellen- steuert werden, der diese um die Achse A-A verleitern, von denen jeder der Schlitzantenne 10 gemäß dreht. Auf diese Weise wird die Steigung der Dreh-F i g. 1 ähnlich ist, so daß jeder Drehflügel vier 25 flügel verändert. Die Lagerung des Joches 60 auf den Wellenleiter aufweist. Die Schlitzantennen 40 liegen Drehzapfen 61 ergibt eine Schwingachse B-B, um in Ausnehmungen in einem Aluminium-Honigwaben- welche ein Schwingen oder Flattern erfolgt. Die kern 45, welcher den Hauptteil des Drehflügels 42 Biegsamkeit des Wellenleiters 56 ermöglicht die Anbildet. Die Ausnehmungen sind durch einen Alumi- passung an die Drehung und das Flattern um die niumstreifen 46 hinterlegt. Die Schlitzantennen kön- 30 Achsen A-A und B-B.

nen zur Erzeugung eines einzigen Strahlenbündels F i g. 6 zeigt in größerem Maßstab, wie die Kuppoder getrennter Strahlenbündel verwendet werden. lung 58 den biegsamen Wellenleiter 56 mit dem Getrennte Strahlenbündel können in Verbindung mit mittleren Wellenleiter 52 verbindet. Die Kupplung 58 der bekannten Radarschalttechnik zur Erzielung einer besteht aus einer mit dem Schaft 54 verbundenen höheren Abtastgeschwindigkeit verwendet werden. 35 Kappe 70 und einem Lager 71, das einen mit der

Das Prinzip der Wirkungsweise der erfindungs- Kappe 70 verbundenen äußeren Laufring 71A und gemäß ausgebildeten Antenne ist in den drei ver- einen inneren Laufring 71B aufweist. Der innere anschaulichten Stellungen nicht wesentlich verschie- Laufring 7IjB ist mit einer Hülse 72 verbunden. Der den. Die Anordnung der Antenne wird durch die biegsame Wellenleiter 56 ist mit der Kappe 70 verVerwendung beeinflußt, für welche das Radar be- 40 bunden, und die Hülse 72 ist mit dem feststehenden stimmt ist. Wenn es beispielsweise für die Boden- mittleren Wellenleiter 52 verbunden. Wenn sich dabeobachtung verwendet werden soll, werden die her der Schaft 54 dreht, drehen sich auch die Kappe Antennen an der Vorder- oder Hinterkante angeord- 70 und der äußere Laufring 71A, welche den biegnet. Wenn das Radar jedoch für die Beobachtung samen Wellenleiter 56 mitnehmen, während die des Luftraumes bestimmt ist, erscheint die Anord- 45 Hülse 72 und der innere Laufring 71B relativ zum nung auf der Oberseite des Drehflügels wünschens- Wellenleiter 52 stillstehen.

wert. Selbstverständlich können die Schlitzantennen F i g. 7 veranschaulicht eine abgeänderte Ausfühin irgendeiner Kombination von Stellungen angeord- rungsform der Verbindung zwischen dem ortsfesten net werden und müssen für die betreffenden Stellun- Wellenleiter 52 und der im Drehflügel angeordneten gen und die beabsichtigte Verwendung besonders 50 Antenne. Es werden in zueinander senkrechten Richausgebildet werden. Es ist zu berücksichtigen, daß tungen wirksame Kupplungen 75 und 80 verwendet, die physikalische Umgebung jeder Stellung verschie- Die Kupplungen 75 und 80 werden durch einen biegden ist, und die Antenne kann daher nicht ohne Ver- samen Wellenleiter 82 miteinander verbunden. Der änderung ihrer Ausbildung in der einen oder anderen Teil 75^4 der Kupplung 75 erfüllt die gleiche Auf-Stellung angeordnet werden. Beispielsweise ist die 55 gäbe wie die in Verbindung mit F ig. 5 beschriebene Wirkung des Drehflügels als Reflektor für die über- Kupplung 58. Der Teil 75 B ergibt eine größere Biegtragene Energie in jeder Stellung verschieden und samkeit längs der Achse B-B. Die andere, in zwei wird daher die Wirkungsweise der Antenne beein- Richtungen wirksame Kupplung 80 ergibt eine flüssen. größere Biegsamkeit sowohl längs der Achse B-B als

Fig. 5 veranschaulicht eine Art des Anschlusses 60 auch längs der Achse A-A, als sie durch eine Kuppder Antenne an die verschiedenen Teile der Radar- lung allein erzielt werden könnte. Die Kupplung 80 anlage, die innerhalb des Hubschraubers angeordnet ist mit der Antenne im Drehflügel 51 durch einen ist. In F i g. 5 sind die inneren Teile von zwei Dreh- biegsamen Wellenleiter 84 verbunden. Die anderen flügeln 50, 51 dargestellt. Es sind die Verbindungen Elemente der Ausführungsform gemäß F i g. 7 sind zwischen der Antenne in dem Drehflügel 51 und 65 den Elementen der Ausführungsform gemäß F i g. 5 einem Wellenleiter 52 gezeigt, der durch die Mitte ähnlich und mit den gleichen Bezugsziffem verdes Schaftes 54 hindurchgeht. Der Anschluß der sehen. Eine besondere Beschreibung ist nicht erAntenne im Drehflügel 50 ist ähnlich. forderlich.

In der Praxis wird eine Schlitzantenne in mehr als einem Drehflügel angeordnet, um die Datenübertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen oder um Phasengleichheit zu erzielen, so daß sie wie eine lange Antenne wirkt.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Radarantenne in Form einer Rechteckhohlleiter-Schlitzantenne für ein Drehflügelflugzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Radarantenne in einer in der Längsachse des Drehflügels verlaufenden Ausnehmung angeordnet ist.

2. Radarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzantenne (10) an der Rückseite des Drehflügels angeordnet und der Schlitz nach hinten gerichtet ist.

3. Radarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzantenne (30) an der Vorderkante des Drehflügels (34) angeordnet und der Schlitz (31) nach vorn offen ist.

4. Radarantenne nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzantenne (10, 30) an einer Stelle des Drehflügels angeordnet ist, deren lichte Höhe der Höhe der Schlitzantenne (10, 30) entspricht, und der vor dem Schlitz liegende Raum mit einem strahlungsdurchlässigen Material (24, 38) gefüllt und mit einer strahlungsdurchlässigen Haut (20, 36) überzogen ist.

5. Radarantenne nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hinterkante des Drehflügels ein gegen den Schlitz gerichteter und die Strahlung ablenkender Metallkeil (26) angeordnet ist.

6. Radarantenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkeil (26) einen Winkel von etwa 30° einschließt.

7. Radarantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzantenne (30) eine Vielzahl nebeneinanderliegender Schlitze aufweist und daß das in Strahlungsrichtung vor den Schlitzen liegende Material an den gleichen Stellen Schlitze (31) aufweist.

8. Radarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzantenne (40) ungefähr in der Mitte des Drehflügels sowohl unter dessen Oberseite wie auch dessen Unterseite angeordnet ist, die Schlitze nach außen gerichtet und die Schlitzantennen (40) mit einer strahlungsdurchlässigen Haut (44) überzogen sind.

9. Radarantenne nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen in der Drehachse (54) der Drehflügel angeordneten und zum Sender und Empfänger führenden Wellenleiter (52) und eine auf der Drehachse (54) angeordnete drehbare Kupplung (58, 75), die den Wellenleiter (52) mit in die Drehflügel führenden Wellenleitern (56, 84) verbindet.

10. Radarantenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der auf der Drehachse (54) sitzenden Kupplung (58, 75) und den Wellenleitern (56, 84) an den Innenenden (62) der Drehflügel weitere drehbare Kupplungen angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Luftfahrttechnik«, Dezember 1957, S. 264 bis 268.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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